中快走丝电火花线切割电参数工艺研究毕设说明书

中快走丝电火花线切割电参数工艺研究
e
（e）
指导老师：e
【摘要】近年来，随着在我国国民经济的飞速发展，特别是工业技术飞速发展的新形势下，急需发展模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关键技术。

目前在电机，仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。

在众多工业产品的生产过程中，都用到了数控电火花切割机床，如飞机制造、汽车模具制造、手机零部件的生产等，因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要，也能为我国的工业的发展起一定的作用。

电火花线切割，其基本工作原理是利用连续移动细金属丝（成为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。

本次论文以电火花线切割为主线，综合了线切割的发展，电火花线切割机床，电火花线切割加工质量及其影响因素，具体到电火花线切割电参数工艺研究把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次论文当中来，所谓学以致用结合实验数据加以分析完成本次课题。

【关键词】工业生产电火花线切割发展史加工质量电参数
Study on the process parameters of electric spark
line cutting
e
（e)
Totur: e
Abstract In recent years, with the rapid development of national economy in our country, Under the new situation, especially the rapid development of industrial technology, Need mould processing technology development, and CNC edm cutting technology is a key technology in the field of mold processing technology. In the motor, instrumentation and other industries in the development of the new product development process, CNC wire cutting method is often used to cut out the parts directly, greatly shorten the development cycle, and reduce the cost. In the production process of many industrial products, and use the numerical control electric spark cutting machine, such as aircraft manufacturing, auto mould making, production of mobile phone spare parts, etc., Therefore research and improvement of the electric spark machine tool is the need of the domestic market in our country, can also play a role in the development of the industry in our country. Wire cutting, and its basic principle is to use the continuous moving fine wire electrode wire electrode , pulsed spark discharge of artifact removal in metal, cutting shape. This paper with the concept of wedm, a combination of the development of wire cutting, wire-cut edm machine, wire cutting processing quality and its influencing factors, electrical data specific to the wedm process research The previously learned basic courses to comprehensive application of this thesis, the so-called knowledge combined with the experimental data analysis to complete this project.
Key words Industrial production history of wedm processing quality electrical parameters.
目录
引言 (1)
1.电火花线切割的发展 (2)
1.1电火花线切割机的产生 (2)
1.2国内线切割机的发展 (2)
1.3国外线切割机的发展 (3)
2.电火花线切割机床的类型 (4)
2.1按电极丝运动速度分类 (4)
2.2按电极丝运动轨迹的控制形式分类 (4)
2.3电火花线切割的应用范围 (5)
3.电火花线切割机理 (6)
3.1脉冲电源 (6)
3.1.1对脉冲电源的要求 (6)
3.1.2脉冲电源参数 (6)
3.2机械系统 (7)
3.3断丝机理 (8)
3.3.1跟工件有关的断丝 (8)
3.3.2跟工作液有关的断丝 (8)
3.3.3跟走丝机构有关的断丝 (9)
3.3.4跟钼丝本身有关的断丝 (10)
3.3.5跟切割工艺参数有关的断丝 (10)
3.4 加工环境 (10)
4中快走丝电火花线切割电参数工艺研究 (12)
4.1电参数 (12)
4.2研究方法 (12)
4.3实验准备 (12)
4.4试验方法 (12)
4.5实验分析 (16)
4.5.1脉冲宽度对切削速度的影响 (16)
4.5.2脉冲电压对切削速度的影响 (17)
4.5.3脉冲宽度对工件表面粗糙度的影响 (18)
4.5.4脉冲电压对工件表面粗糙度的影响 (19)
5.电火花线切割电参数工艺研究结论 (20)
6.总结 (21)
7.致谢 (22)
参考文献 (23)
引言
目前，随着电子、信息等高新技术的不断发展及市场需求个性化与多元化，世界各都把机械制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，将其他学科的高技术成果引入机械制造业中。

因此机械制造业的内涵与水平已今非昔比，它是基于先进制造技术的现代制造产业。

纵观现代机械制造技术的新发展，其重要特征主要体现在它的绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面。

机械制造行业不断遇到高硬度，高韧性，高熔点等难切割加工材料以及特殊结构特别市复杂曲面零件的加工难题。

解决这些问题极大地促进了电火花线切割加工技术的发展，促进电火花线切割加工新方法，新工艺的不断表现，扩大了电火花线切割加工的适用范围。

电火花切割技术是先进制造技术之一，在机械生产中应用范围广，从国内来看，我国的电火花线切割加工技术发展迅速，尤其是我国特有的单向(高速)走丝电火花线切割机构简单，价格低廉，各方面指标都有了较大的提高。

因此，进一步研究高速走丝电火线切割加工技术，扩大其加工范围，尤其是利用计算机等高科技工具和先进的科学方法来提高我国电火花线切割技术水平，缩短同发达国家的差距，不仅具有重要的意义，而且具有显著的经济和社会、效益。

近年来，电火花技术的研究和应用日新月异并在精密微细化、智能化、个性化、绿色环保化和高效化等方面获得了长足的发展[1][2]。

1.电火花线切割的发展
1.1电火花线切割机的产生
20世纪中期，苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法，线切割放电机也于1960年发明于苏联[3]。

当时以投影器观看轮廓面前后进给工作台面加工，其实认为加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。

代表的实用例子是化织喷嘴的异型孔加工。

1.2国内线切割机的发展
五十年代，电火花加工开始被认识，电火花机床开始进入加工领域，虽然当时只能解决硬度问题，打些丝锥钻头之类。

但这是电加工在模具行业大行其道的开始。

这时人们已经认识到如果“钢丝锯”加上“电火花”，“锯”有硬度的淬火钢应是可能的。

于是，让一个轴上储的大量铜丝经两个导向轮缠绕到另一个储丝轴上，两个导向轮间放上工件，工件接RC电源的正极，铜丝接RC电源的负极，就实现了火花切割。

尽管当时两个储丝轴像电影片盘一样的更换，尽管当时以各种摩擦方式制造丝的张力，也尽管当时以防锈防臭的磨床冷却液做加工液，必竟实现了“线电极火花切割”。

六十年代初期，某些军工企业和模具行业骨干厂以技术革新、自制自用的形式开始制造“线切割”。

大多是用铜丝、丝速2~5米/分、RC电源，至多是电子管脉冲源，控制方式业多是手摇和靠模。

就这样切出的如山字形矽钢片和电子管极板冲模仍是另人瞩目。

随着电子控制技术发展，放大样板、仿形和光电跟踪的控制方式也一度推动了线切割的进步。

直到1969年，晶体管被广泛应用，开关逻辑电路也成熟了许多。

复旦大学的几位老师以“与生产实践相结合”成果的方式推出了“数字程序控制线切割机”，分立元件，四十多块印刷板，数码管和氖灯显示，常州以手工下线的70步进电机，双V钢球导轨，丝杠加导轨排丝，F形丝架，直到今天，用钼丝、丝杠加导轨排丝、F形丝架、直径150左右的丝筒、行程开关换向等仍在延用。

几年内，许多无线电专用设备厂相继以“复旦”作”蓝本”生产线切割机，当时主要问题是元器件质量，控制系统可靠性，机械精度问题尚未充分认识。

进入市场商品化最早的是杭无专，1973年。

年产几十台已令人咋舌了。

当时为买到几只耐压80伏的大功率三极管，要派人持支票到晶体管厂坐等一个月。

1977年，Z80、8086单片机的上市给线切割带来突飞猛进发展的机遇。

苏州的几个主要生产厂很快以Z80取代了分立元器件，体积、结构都大为改观。

可靠性已不是扼喉问题。

产量大幅提高。

几年内单片机的型号和功能不断更新，线切割得到高速发展。

单板机的改型进步，推动操作控制和显示系统的逐渐完善，编程输入、接口电路、变频、驱动的日臻规范，使线切割成了单扳机应用的一个杰作。

市场优势地位就是这时打下的。

八十年代是线切割大普及的年代，它成了模具行业的主力军，成了机械行业发展最快的新工种。

以至现在模具行业的不少从业人员离开线切割就不知道怎麽生产模具。

硬度高形状复杂就无从下手。

计算机在九十年代大发展大普及，在线切割的应用也得到长足发展，用计算机现成的系统，把绘图软件修补改造就能编程，功能控制和接口嫁接过来就能操纵机床，数据存储图形显示又都是线切割的强项。

线切割是IT业大有作为的领域。

当然，强大功能资源的浪费、系统运行的可靠性、缺乏占据全
行业主导地位
, 易学易懂易普及且实用的软件，是困扰PC机大面积展开成行业主力的关键。

据2001年统计，全国快走丝线切割机总保有量约65万台，其中分立元件占1~1。

5%，PC机占13~15%，大部分为单扳机，占85%左右，是行业的主战机型。

至今快走丝线切割机仍是我国特有的，结构简单廉价低耗高可靠，运行成本低，50~100mm/分的速度，0。

01~0。

02mm的精度，尚能满足绝大多场合的需求。

如果有高水平的维护和精细操作，再多花一倍时间，精度到0。

005~0。

01mm之间，光洁度接近慢走丝效果，也是可能的。

1.3国外线切割机的发展
国外的线切割机初始于六十年代末期，并首先在日本、瑞士产业化，商品化。

一开始他们的基本模式是这样的：依托PC机的强大功能资源，精密机械制造的传统优势，力求高精度、自动化。

用铜丝，Φ0。

3~0。

35mm丝径，一次性使用，丝速2~6米/分，无害化的去离子水。

早期的慢走丝与快速往复走丝相比，精度、光洁度占优，而速度、切厚能力、内尖角的清根能力和操作方便均不及。

据2001年统计，进口（包括合资仿制）慢走丝线切割机总保有量突破4000台。

但利用率稍差，各使用厂操作水平也有较大差异。

发展至今，慢走丝线切割机又有大幅进步，如操作人性化，以至一台机子可转换世界各种语言界面。

打穿丝孔，自动穿丝，可无人值守，精度可稳定在μ级，0。

8以上的光洁度，最大200mm/分的效率等，但切厚能力仍不及快走丝，内尖角的清根能力仍受丝径限制，开机运行成本也太高。

慢走丝线切割机运行成本是这样的：耗电—3200W，3。

2元/小时；耗液（包括水发生器和过滤）——7元/小时；耗丝——0。

4元/米*180米/小时=72元/小时；总计82。

2元/小时。

与快走丝相比约45：1.如果再考虑100倍以上的购置费随着大量新技术的应用，慢走丝线切割机也日臻完善，如自打孔自穿丝，从加热拉长捋直，丝端头处理，细管向工件面的引导定位，高压水的承托和穿认，接触传感，到穿丝成功的判定，简直是精密传动自动控制的典范。

再如恒张力系统，利用软铁盘在磁粉中转动的阻尼，利用磁场中转子的发电效应，利用双电机的差速差力，反馈控制取得准确的张力。

慢速和纯水也使火花不暴露的浸泡加工成为可能，窄脉宽大峰值的应用，使厚度加工能力和最大加工速度也达到很高的水准。

很大程度上，购置慢走丝线切割机成了“追求精度、注重质量、经济实力”的一种展示[4]。

总之，快慢走丝呈相互拟补，相互竞争，相互促进，各具特色，各展所长，将是长期共存的局面。

快走丝不经铺垫直接卖到国外的可能很小，慢走丝也不可能把快走丝淘汰出局。

凭借快走丝的廉价和实用，用示范推广的办法首先介绍到国外的某个地区，被认识和采用的可能也是有的。

精品
2.电机选择
2.1电动机选择（倒数第三页里有东东）
2.1.1选择电动机类型
2.1.2选择电动机容量
电动机所需工作功率为：
ηw
d P P =；
工作机所需功率w P 为：
1000
Fv P w =
； 传动装置的总效率为： 4321ηηηηη=；
传动滚筒 96.01=η
滚动轴承效率 96.02=η
闭式齿轮传动效率 97.03=η
联轴器效率 99.04=η
代入数值得：
8.099.097.099.096.02244321=⨯⨯⨯==ηηηηη
所需电动机功率为：
kW kW Fv P d 52.1060
10008.040100001000=⨯⨯⨯==η d P ε略大于d P 即可。

选用同步转速1460r/min ；4级 ；型号 Y160M-4.功率为11kW
2.1.3确定电动机转速
取滚筒直径mm D 500=
min /6.125500100060r v n w =⨯=π
1.分配传动比
（1）总传动比
62.116
.1251460===
w m n n i
(2)分配动装置各级传动比
取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比
03
.4
4.1
01
=
=i
i
则低速级的传动比
88
.2
03
.4
62
.
11
01
12
=
=
=
i
i
i
2.1.4 电机端盖组装CAD截图
图2.1.4电机端盖
2.2 运动和动力参数计算
2.2.1电动机轴
m
N
r
kW
n
P
T
n
n
p
p
m
d
⋅
=
=
=
=
=
=
81
.
68
9550
min
/
1460
52
.
10
2.2.2高速轴
m N r kW
n
p T n n p p m
d
⋅=⨯======09.68146041
.1095509550min
/146041.101
1
1
1
4
1
η 2.2.3中间轴
m N r r kW n p T i n n
p p p
⋅=⨯======⨯⨯===
6.2632.36210
.1095509550min /2.362min /03.4146010.1097.099.052.102
2
2
01
1
2
3
200112
ηηη
2.2.4低速轴
m
N r kW n p T i n n
p p p
⋅=⨯======⨯⨯===
8.735955076.12569
.99550min /76.12588
.22.36269.997.099.010.103
3
3
12
2
3
3
210223
ηηη 2.2.5滚筒轴
m N r kW n p T i
n n p p p
⋅=⨯=====⨯⨯===
72076.12549
.995509550min /76.12549.999.099.069.94
4
4
23
3
4
4
220334
ηηη
3.齿轮计算
3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1>按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。

2>绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。

3>材料选择。

由表10-1选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280 HBS ，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240 HBS ，二者材料硬度差为40 HBS 。

4>选小齿轮齿数241=z ，大齿轮齿数76.9603.4242=⨯=z 。

取97
2=z
5初选螺旋角。

初选螺旋角︒=14β
3.2按齿面接触强度设计
由《机械设计》设计计算公式（10-21）进行试算，即
[]3
0112H
E
H d t t Z Z T K d σμ
μεφα
+=
3.2.1确定公式内的各计算数值
（1）试选载荷系数6.1=t k 1。

（2）由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数433.2=h z 。

（3）由《机械设计》第八版图10-26查得78
.01=εα，87
.02
=ε
α，则
65
.121=+=ε
εεααα。

（4）计算小齿轮传递的转矩。

mm N mm N n p T .108.6.146041.10105.95105.95451051⨯=⨯⨯=⨯⨯=
（5）由《机械设计》第八版表10-7 选取齿宽系数1=d φ
（6）由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数MPa Z e 8.189= （7）由《机械设计》第八版图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限
MPa H 6001lim =σ ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 5002lim =σ 。

13计算应力循环次数。

911103.61530082114606060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==h jL n N
91
21056.103
.4⨯==
N N （9）由《机械设计》第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数90.01=HN K ;
95.02=HN K 。

（10）计算接触疲劳许用应力。

取失效概率为1%，安全系数S=1，由《机械设计》第八版式（10-12）得 []MPa MPa S
K HN H 5406009.01lim 11=⨯==σσ
[]MPa MPa S K HN H 5.52255095.02lim 22=⨯==σσ
（11）许用接触应力
[][][]
MPa H H H 25.5312
21=+=σσσ
3.2.2计算
（1）试算小齿轮分度圆直径d t 1
1t d =
3
2
486.01046.16⨯⨯=
3
4
1046.167396.0⨯⨯=
10738.1213
⨯=49.56mm
（2）计算圆周速度v 0
s m n d t /78.310006056.49146010006011=⨯⨯⨯=⨯=ππν
（3）计算齿宽及模数
11
cos 49.56t
nt
mm d
m
z
β
==
=
=
z
d
m
t
nt
1
1cos β
2414cos 56.49︒⨯=24
97
.056.49⨯=2mm
h=2.25=nt m 2.25⨯2=4.5mm
=h
b 49.56/4.5=11.01
（4）计算纵向重合度
==βφ
ε
β
tan 318.01
z d
0.318⨯1⨯24⨯tan ︒14=20.73
（5）计算载荷系数K 。

已知使用系数,1=K A 根据v= 7.6 m/s,7级精度，由《机械设计》第八版图10-8查得动载系数;11.1=K v
由《机械设计》第八版表10-4查得K H β
的值与齿轮的相同，故;
42.1=K H β
由《机械设计》第八版图 10-13查得35
.1=βf K
由《机械设计》第八版表10-3查得4.1==βαH H K K .故载荷系数
==βαH H V A K K K K K 1⨯1.11⨯1.4⨯1.42=2.2
（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a ）得
==3
11K
d d t
t K
mm 11.55375.156.496
.12
.256.4933
=⨯=⨯ （7）计算模数
==z d m n 1
1
cos βmm 22.22411.5597.02414cos 11.55=⨯=︒⨯
3.3按齿根弯曲强度设计
由式（10-17）
[]
3
2
2
112cos σε
φα
ββ
F
Sa
Fa
d
n
Y Y z Y T m
K ⋅•
≥
3.3.1确定计算参数
（1）计算载荷系数。

==βαf f V A K K K K K 35.14.111.1⨯⨯⨯=2.09 （2）根据纵向重合度
903
.1=ε
β
，从《机械设计》第八版图10-28查得螺旋角
影响系数88
.0=Y β
（3）计算当量齿数。

37.2691.024********.0cos cos 3
3
3
11=====
βz z V
59.10691
.0971497cos cos 3
3
22
====βz z
v （4）查齿形系数。

由表10-5查得18
.2;57.221==Y Y Fa Fa
（5）查取应力校正系数。

由《机械设计》第八版表10-5查得79
.1;6.121
==Y Y Sa Sa
（6）由《机械设计》第八版图10-24c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa FE 5001=σ
；大齿轮的弯曲强度极限 MPa FE 3802=σ
；
（7）由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 85
.01=K FN ，88.02=K FN ；
（8）计算弯曲疲劳许用应力。

取弯曲疲劳安全系数S ＝1.4,由《机械设计》第八版式（10-12）得
[][]MPa
MPa S
F MPa MPa S
F FE FN FE FN K
K 86.2384
.138088.057.3034
.185500
.02
2
2
1
1
1=⨯====
=
σ
σσ
σ
（9）计算大、小齿轮的[]
σF
Y Y Sa Fa 并加以比较。

[]
1363..057
.303596
.1592.21
11=⨯=
σF Y
Y Sa Fa
[]
σF Y
Y Sa Fa 2
22
=
01642.086
.238774
.1211.2=⨯
由此可知大齿轮的数值大。

3.3.2设计计算
mm mm m
n
1
085.4342.401642.065
.1*88.08.610.22332
3
2
2
4
97.024
)
14(cos 10==⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯≥︒对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m n 大于由齿面齿根弯曲疲
劳强度计算 的法面模数，取=
m n 2，已可满足弯曲强度。

但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm 来计算应有的齿数。

于是由
73.26214cos 11.55cos 11
=︒⨯==m d z n
β 取 27
1
=z ，则81.10803.4272=⨯=z 取;
1092
=z
3.4几何尺寸计算 3.
4.1计算中心距
a=
()mm m
z z n
2.14097
.0136
14cos 22)10927(cos 22
1
==⨯⨯+=
+β
将中以距圆整为141mm.
3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角
︒==⨯⨯+=+=06.1497.0arccos 2
.14022
)10927(arccos
2)(arccos
21a
m z z n
β
因β值改变不多，故参数
ε
α
、k β、Z H
等不必修正。

3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径
mm mm m
z d
m
z d n
n
22497.0218
14cos 2109cos 5597
.054
14cos 227cos 2
2
11==⨯=
=
==⨯==β
β
mm a d d 5.1392
224
552
2
1
=+=
+=
3.4.4计算齿轮宽度
mm b d
d
5567.5511
=⨯==φ
圆整后取mm mm B B 61;5612==. 低速级
取m=3;;303=z 由88.23
412==
z
z i
4
2.883086.4z =⨯= 取874=z
mm
m m m z d
z d 2618739030344
33=⨯===⨯==
mm mm a d
d 5.1752
261
902
4
3
=+=
+=
mm mm b d
d
909013
=⨯==φ
圆整后取mm mm B B 95,9034==
表 1高速级齿轮：
表 2低速级齿轮：
4. 轴的设计
4.1低速轴
4.1.1求输出轴上的功率
p
3
转速n 3和转矩T 3
若取每级齿轮的传动的效率,则
m
N r kW n p T i n n
p p p
⋅=⨯======⨯===
842.735955076.12569
.99550min /76.12588
.22.36269.997.990.010.103
3
3
12
2
3
3
210223
ηηη 4.1.2求作用在齿轮上的力
因已知低速级大齿轮的分度圆直径为
mm m z d
404101444
=⨯== N
N N
F F
F
F d
T F t
a
n t
r
t
90814tan 3642tan 136697
.03639
.0364214cos 20tan 3642cos tan 36424041000
8.735224
3
=︒⨯==
=⨯=︒︒⨯
===⨯⨯=
=ββ
α
圆周力F t ,径向力 F r 及轴向力F
a
的
4.1.3初步确定轴的最小直径
先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据《机械设计》
第八版表15-3,取112
0=A ,于是得
mm
n
p
A d 64.47077.011276
.12569
.911233
3
3
3
0min =⨯=⨯==
输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d 12.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.
联轴器的计算转矩T
K T A
ca
3
=
, 查表考虑到转矩变化很小,故取3
.1=K A
,则:
mm N mm N T
K T
A
ca
⋅=⋅⨯==
6.9565947358423.13
按照计算转矩T ca 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003或手册,选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000mm N ⋅ .半联轴器的孔径mm d 551= ,故取 mm d 5021=- ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长
度mm L 841=.
4.1.4轴的结构设计
（1）拟定轴上零件的装配方案
图4-1
（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1)根据联轴器;
84,501212mm mm l d ==为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴
段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径mm
d 6232=- ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取
挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度mm
L 841=,为了保证轴端挡圈只压在
半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2 段的长度应比L 1 略短一些,现取mm
l 8221=-. 2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚
子轴承.参照工作要求并根据mm
d 6232=-,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。

其尺寸为d ⨯D ⨯T=65mm ⨯140mm ⨯36mm ，故mm d d 657643==-- ；而mm mm d l 82,5.546565==--。

3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径mm
d 7054=- ；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。

已知齿轮轮毂的宽度为90mm ，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应
略短于轮毂宽度，故取
mm
l
855
4=- 。

齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度d h 07.0≥ ，故取h=6mm ，
则轴环处的直径mm d 8265=- 。

轴环宽度h b 4.1≥ ，取mm
l 5.6065=-。

4）轴承端盖的总宽度为20mm （由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。

根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm ，故取mm
l 57.403
2=-
低速轴的相关参数：
表4-1
齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。

按d 54-查表查得平键截面b*h=20mm ⨯12mm ，键槽用键槽铣刀加工，长为L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良
好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为6
7
n H ；同样，半联轴器与轴的连接，选用
平键为14mm ⨯9mm ⨯70mm ，半联轴器与轴的配合为6
7
k H 。

滚动轴承与轴的周向定位是由过
渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。

4.2中间轴
4.2.1求输出轴上的功率p 2转速n 2和转矩T 2
m N r r kW n p T i n n
p p p
⋅=⨯======⨯⨯===
6.2632.36210
.1095509550min /2.362min /03.4146010.1097.099.052.102
2
2
01
1
2
3
200112
ηηη
4.2.2求作用在齿轮上的力
（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为：
mm m z d
14035433
=⨯== N
N N
F
F
F F d
T F t
a n t
r
t
35214tan 1412tan 141297
.03639
.0376514cos 20tan 3765cos tan 37651401000
6.263223
2
=︒⨯==
=⨯=︒︒⨯
===⨯⨯=
=ββ
α
（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：
mm
m z d
399133322
=⨯==
N
N N
F
F
F F d
T F t
a n t
r
t
12314tan 495tan 49597
.03639
.0132114cos 20tan 1321cos tan 132********
6.263222
2
=︒⨯==
=⨯=︒︒⨯
===⨯⨯=
=ββ
α
4.2.3初步确定轴的最小直径
先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取
1120
=A
,于是得：
mm
n
p
A d 6.33027.01122
.36210
.1011233
3
2
2
0min =⨯=⨯==
轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径d 12。

图 4-2
4.2.4初步选择滚动轴承.
（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据mm d 3521=-,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。

其尺寸为d ⨯D*T=35mm ⨯72mm ⨯18.25mm ，故mm d d 356521==--，
mm l
8.316
5=-；
（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径mm d 4532=- mm l 8.2921=- ；齿
轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。

已知齿轮轮毂的宽度为95mm ，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取mm l 9032=- 。

齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度d h 07.0≥，故取h=6mm ，则轴环处的直径。

轴环宽度h b 4.1≥，取mm l 1243=-。

（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径;4554mm d =-齿轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。

已知齿轮轮毂的宽度为56mm ，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取mm l 5154=-。

4.2.5轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。

按d 54-查表查得平键截面b*h=22mm ⨯14mm 。

键槽用键槽铣刀加工，长为63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm ⨯9mm ⨯70mm ，半联轴器与轴的配合为 。

滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。

中间轴的参数：
表4-2
4.3高速轴
4.3.1求输出轴上的功率
p 1
转速n 1和转矩T
1
若取每级齿轮的传动的效率,则
m N r kW
n
p T n n p p m
d
⋅=⨯======09.68146041
.1095509550min
/146041.101
1
1
1
4
1
η 4.3.2求作用在齿轮上的力
因已知低速级大齿轮的分度圆直径为
mm m z d
7224311
=⨯== N
N N
F
F
F F d
T F t
a n t
r
t
95.470249.038.189114tan 38.1891tan 55.70997
.03639
.038.189114cos 20tan 38.1891cos tan 38.189172
1000
09.68221
1
=⨯=︒⨯==
=⨯=︒︒⨯
===*⨯=
=ββ
α
4.3.3初步确定轴的最小直径
先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取
1120
=A
,于是得：
mm
n
p
A d 54.211.0924.1112*13.71121460
41.1011233
3
3
1
1
0min 10=⨯⨯=⨯=⨯==
- 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d 12.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.
联轴器的计算转矩T K T A
ca 1=
, 查表 ,考虑到转矩变化很小,故取
3.1=K
A
,则:
mm N mm N T
K T
A
ca
⋅=⋅⨯==
88517680903.11
按照计算转矩T ca 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003 或手册,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000mm N ⋅ .半联轴器的孔径
mm d
301
= ,故取 mm d 3021=- ,半联轴器长度 L=82mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长
度mm L 821=.
4.4轴的结构设计
4.4.1拟定轴上零件的装配方案
图4-3
4.4.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1)为了满足半联 轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3 段的直径mm d 4232=- ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=45mm .半联轴器与轴配合的毂孔长度mm L 821= ,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴的端面上,故 段的长度应比 略短一些,现取mm l 8021=-.
2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据mm d 4232=- ,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。

其尺寸为d*D*T=45mm*85mm*20.75mm ，故
mm d d
45764
3==-- ；而mm l 75.2687=- ，75.3143=-l mm 。

3）取安装齿轮处的轴段4-5段,做成齿轮轴；已知齿轮轴轮毂的宽度为61mm ，齿轮
轴的直径为62.29mm 。

4）轴承端盖的总宽度为20mm （由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。

根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm ，故取mm l 81.4532=-。

5）轴上零件的周向定位
齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。

按d 54- 查表查得平键截面b*h=14mm*9mm ，键槽用键槽铣刀加工，长为L=45mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良
好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为6
7
n H ；同样，半联轴器与轴的连接，选用
平键为14mm ⨯9mm ⨯70mm ，半联轴器与轴的配合为6
7
k H 。

滚动轴承与轴的周向定位是由
过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。

高速轴的参数：
表4-3
功率 p 1
10.41kw 转速
n 1
1460r/min
5.齿轮的参数化建模
5.1齿轮的建模
（1）在上工具箱中单击按钮，打开“新建”对话框，在“类型”列表框中选择“零件”选项，在“子类型”列表框中选择“实体”选项，在“名称”文本框中输入“dachilun_gear”，如图5-1所示。

图5-1“新建”对话框
2>取消选中“使用默认模板”复选项。

单击“确定”按钮，打开“新文件选项”对话框，选中其中“mmns_part_solid”选项，如图5-2所示，最后单击”确定“按钮，进入三维实体建模环境。

图5-2“新文件选项”对话框
（2）设置齿轮参数
1>在主菜单中依次选择“工具”“关系”选项，系统将自动弹出“关系”对话框。

2>在对话框中单击按钮，然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中，具体内容如图5-4所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定”按钮，关闭对话框。

图5-3输入齿轮参数
（3）绘制齿轮基本圆 在右工具箱单击
，弹出“草绘”对话框。

选择FRONT 基准平面作为草绘平面，
绘制如图5-4所示的任意尺寸的四个圆。

（4）设置齿轮关系式，确定其尺寸参数
1>按照如图5-5所示，在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。

2>双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为d 、a d 、b d 、f d 修改的结果如图5-6所示。

图5-4草绘同心圆 图5-5“关系”对话框。